KR20090009688A

KR20090009688A - 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치

Info

Publication number: KR20090009688A
Application number: KR1020080025469A
Authority: KR
Inventors: 티엔-퉁 청; 탕-린 슈; 헹-아이 린; 친-테 린
Original assignee: 리웅 펑 인더스트리얼 컴퍼니, 엘티디.
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-01-23
Also published as: KR100979593B1

Abstract

로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치는 트랜스미션 조립체, 적어도 압축 조립체와 버퍼 조립체, 및 팽창 조립체를 포함하고, 버퍼 조립체는 압축 및 팽창 조립체 사이에 배치된다. 압축 조립체는 서로 맞물리는 로브들을 가진 다수의 압축로터를 포함하고, 팽창 조립체는 서로 맞물리는 로브들을 가진 팽창로터들을 포함한다. 흡기 및 배기포트는 각각 압축 조립체와 팽창 조립체에 위치된다. 버퍼 조립체는 압축된 가스를 팽창 조립체로 효과적으로 안내할 수 있는 버퍼챔버를 가진다. 한편, 잔류 가스는 제1 및 제2 배기슬롯으로부터 배출될 수 있는데, 이 슬롯 모두는 팽창 조립체에 배치된다. 버퍼챔버는 압축하는 동안에 공기 압축비를 조정할 수 있어서 고압의 공기 스트림으로부터 생성된 연료와 소용돌이를 완전히 혼합시킬 수 있다. 폭발 및 팽창 후, 출력이 트랜스미션 축을 통해 직접 전달된다.

로터, 로브, 기본 원, 흡기, 배기, 오목부

Description

로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치 {ROTARY POSITIVE DISPLACEMENT CONTROL SYSTEM AND APPARATUS}

본 발명은 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치에 관한 것으로서, 특히 흡입/팽창/압축/배기의 주기적 과정에 의해 작동하는 로타리 포지티브 변위 시스템 및 장치에 관한 것이며, 엔진, 진공 펌프, 내연 기계, 압축기 및 로타리 포지티브 변위 장치에 채택될 수 있다.

일반적으로, 과급(supercharging)이라는 개념은 연속적으로 회전하고 서로 맞물리는 다수의 로터들을 구비한 밀봉챔버의 흡기포트(intake port)로 강제로 공기를 공급하는 것인데, 공기는 전달 챔버를 통해 흐르며 로터가 회전한 후 압축되어 고압의 공기로 되고, 이어서 공기가 배기포트로부터 배출된다. 이러한 작동 사이클에 기인하여, 공기는 고압축비를 갖는다. 이 고압축비 특성은 작업효율을 개선하고 오일 소비를 줄이고 공해를 줄이기 위하여 엔진, 진공 펌프, 내연 기계 및 압축기 등과 같은 장치에 사용될 수 있다. 과급 장치의 관련 구조는 미국특허 제4,008,693호, 미국특허 제4,321,897호, 미국특허 제4,512,302호, 미국특허 제4,813,388호, 미국특허 제4,825,827호, 미국특허 제5,329,900호, 미국특허 제 6,129,067호, 미국특허 제6,481,410호와 같은 다수의 종래문헌에 개시되어 있다.

그러나 종래기술에 있어서는 흡입/팽창/압축/배기의 주기적인 동작 과정에 여전히 몇 가지 단점이 있다. 이 단점들이 장치들의 작업효율을 낮춘다. 즉, 종래기술에 있어서는 주기적인 작동과정 동안, 불완전한 배기 때문에 잔류 가스들이 남게 되는데, 장치를 로타리 포지티브 변위와 함께 가동시키더라도 잔류가스가 남는 것을 피할 수 없다. 그 결과, 장치는 출력면에서 효율이 좋을 수 없고 수명이 길지 않다. 더욱이, 엔진 등의 일부 장치들의 출력은 크랭크축을 통해 전달되며, 크랭크축의 품질은 동작의 과정에 영향을 미치게 될 것이다. 크랭크 축들의 품질이 나쁘면 동적 평형의 정확도가 더 이상 정확하지 않고, 이는 성능을 불안정하게 하며, 수명을 짧게 하고, 불필요한 출력 소모를 증가시키는 결과를 초래한다.

따라서 본 발명의 목적은 잔류가스를 완전히 배출시킬 수 있고 크랭크축이 없이 출력을 전달할 수 있는 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치를 제공하는 것으로서, 다시 말하여 본 발명의 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치는 압축과정 동안 고압의 공기를 제공할 수 있고 작동효율을 높이고 출력을 향상시키기 위하여 연소 팽창 출력을 직접 전달할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 축방향으로 또는 반경방향으로 연장될 수 있거나 또는 전체 시스템과 함께 확장될 수 있는 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치는 트랜스미션 조립체, 적어도 압축 조립체, 버퍼 조립체와 팽창 조립체를 포함하고, 버퍼 조립체는 압축 및 팽창 조립체 사이에 배치된다. 압축 조립체는 서로 맞물리는 로브들을 가진 다수의 압축로터를 포함하고, 팽창 조립체는 서로 맞물리는 로브들을 가진 팽창로터들을 포함한다. 흡기 및 배기포트들이 각각 압축 조립체와 팽창 조립체에 위치된다. 제1 흡기슬롯과 제2 흡기슬롯은 압축 챔버의 양쪽에 각각 배치되는데, 제1 흡기슬롯은 압축로터들이 초기에 서로 맞물리는 초기 밀봉영역에 대응한다. 제2 흡기슬롯은 3개의 곡선 내에 형성되는데, 이 3개의 곡선은 압축 로터들중 하나의 기본 원의 호(이 호는 압축 로터의 최소 반경으로 작도된 것 임)와, 상기 기본 원의 호에 접하는 압축 로터의 로브의 프로파일 곡선부, 및 그 최대 반경으로 작도되고 상기 기본 원의 호에 접하는 이웃하는 압축 로터의 최대 곡선부를 포함한다.

팽창 조립체의 팽창 로터는 제1 배기슬롯에 대응하는 제1 오목부를 가지는데, 이 제1 오목부는 다음의 단계들; 즉 서로 맞물리는 팽창 로터가 연소영역으로 회전할 때, 팽창 로터들중 하나의 기본 원의 주위에 지점(Q)을 지정하고, 이 지점(Q)은 연소영역에 대응하며, 이 지점(Q)과 기본 원의 중심(O)을 연결하는 선분(QO)를 작도하고; 로브의 오목부가 이웃하는 팽창 로터의 로브 선단에 부딪힐 때까지 팽창 로터를 거꾸로 회전시키는데 이 때 지점(S)이 선단과 로브의 오목부의 교차점으로 규정되고, 지점(P)이 이웃하는 팽창 로터의 로브의 돌출 곡선부와 로브의 오목부의 교차점으로서 규정되고, 그리고 지점(S와 P)을 중심(O)에 각각 연결하고, 이에 의해 각(SOP)과 각(SOQ)이 형성되어 팽창 로터의 회전에 변화를 받게 되고; 각(SOP)을 각(SOQ)보다 2배 크게 취하고, 각(SOP)의 각 이등분선이 지점(R)에서 팽창 로터의 프로파일과 교차하게 하여 각 이등분선(OR)을 형성하고; 지점(R)과 지점(S)을 연결하여 곡선(SR)을 형성하고; 선분(SO)과 선분(RO)이 교차하도록 중심(O) 주위로 호를 작도하여 호(C)를 형성하고; 이에 의해 제1 오목부가 곡선(SR)과 호(C)와 선분(SO) 및 선분(RO)의 영역 내에 형성된다.

버퍼 조립체는 압축된 가스를 팽창 조립체에 효과적으로 인도할 수 있는 버퍼챔버를 가진다. 한편, 잔류 가스(s)는 팽창 조립체에 배치된 제1 및 제2 배기슬롯으로부터 배출될 수 있다. 버퍼 조립체는 압축 과정 동안 공기 압축비를 조절할 수 있다.

본 발명의 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치는 압축과정 동안 고압의 공기를 제공할 수 있고 작동효율을 높이고 출력을 향상시키기 위하여 연소 팽창 출력을 직접 전달할 수 있다.

또한 본 발명은 축방향으로 또는 반경방향으로 연장될 수 있거나 또는 전체 시스템과 함께 확장될 수 있는 로터리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치를 제공할 수 있다.

엔진(1)에 적용된 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도1을 참조하면, 엔진(1)은 트랜스미션 조립체(2), 압축 조립체(3), 팽창 조립체(4), 버퍼 조립체(5) 및 공급 조립체(6)를 포함하고, 여기서 트랜스미션 조립체(2)는 축을 따라 배치되는 베이스(20)와 이 축을 따라 배치되는 베이스(20)에 피벗회전가능하게 장착된 복수의 트랜스미션 부재를 포함하고, 제1 실시예에서는 트랜스미션 부재들이 서로 맞물리는 제1 기어(210)와 제2 기어(211)이며, 복수의 트랜스미션 축(22)은 제1 기어와 제2 기어(210, 211)를 지탱하기 위하여 서로 평행하다.

압축 조립체(3)는 제1 밀봉챔버(30), 제1 흡기슬롯(31) 및 제2 흡기슬롯(32)을 포함하고, 제1 밀봉챔버(30)는 제1 하우징(301) 양쪽에서 제1 케이싱(302)과 제2 케이싱(303)에 의해 밀봉된 제1 하우징(301)을 포함하고, 이 제1 하우징(301)은 서로 맞물리며 그리고 트랜스미션 축(22)에 각각 피벗회전 가능하게 장착된 복수의 압축 로터(33, 34)를 수용하는 압축챔버(304)를 가진다. 각 압축 로터(33, 34)는 압축 로터(33, 34) 주위로 균등하게 간격을 둔 3개의 동일한 돌출 로브(lobe)를 가진다. 흡기포트(305)는 제1 하우징(301)에 형성되어 공기를 흡입하도록 압축챔버(304)와 연통한다. 제1 및 제2 케이싱(302, 303)은 제1 및 제2 기어(210, 211)를 지탱하는 트랜스미션 축(22)에 대응하는 복수의 결합 구멍(306, 307)을 각각 가진다.

도3A를 참조하면, 제1 흡기슬롯(31)은 압축 로터들(33, 34)이 초기에 서로 맞물리는 초기 밀봉영역(90)에 대응한다.

도3E 내지 도3G를 참조하면, 제2 흡기슬롯(32)의 프로파일은 3개의 곡선 내에서 규정되는데, 이 3개의 곡선은 압축 로터(34)중 하나의 기본 원(base circle; 340)의 호 (이 호(340)는 압축 로터(34)의 최소 반경으로 작도됨), 상기 기본 원의 호(340)에 접하는 압축 로터(34)의 로브(341)의 프로파일 곡선부(342), 및 그 최대 반경으로 작도되고 상기 기본 원(340)의 호에 접하는 이웃하는 압축 로터(33)의 최대 곡선부(330)를 구비한다.

도1을 다시 참조하면, 팽창 조립체(4)는 제2 밀봉챔버(40), 제1 배기슬롯(41) 및 제2 배기슬롯(42)을 포함하는데, 제2 밀봉챔버(40)는 제3 케이싱(402)과 제4 케이싱(403)에 의해 밀봉된 제2 하우징(401)을 포함하며, 이 제2 하우징(401)은 서로 맞물리고 그리고 트랜스미션 축(22)에 피벗회전 가능하게 각각 장착된 복수의 팽창 로터(43, 44)를 수용하는 팽창 챔버(404)를 가지고, 각 팽창 로터(43, 44)는 팽창 로터(43, 44) 주위로 균등하게 이격된 3개의 동일한 돌출 로브(431, 441)를 가지고, 로브들(431, 441)은 압축 로터(33, 34)의 로브들(331, 341)과 반대방향으로 돌출한다. 압축 로터(33, 34)와 팽창 로터(43, 44)의 회전 방향은 동일한데, 그 회전비는 1:1이다. 배기포트(405)는 제2 하우징(401)에 배치되어 공기를 배출하기 위하여 팽창 챔버(404)와 연통한다. 제3 및 제4 케이싱(402, 403)은 그 위에 제1 및 제2 기어(210, 211)를 지탱하는 트랜스미션 축(22)에 대응하는 복수의 결합 구멍(406, 407)을 각각 가진다.

도4A와 4C를 참조하면, 제1 오목부(45)는 팽창 로터(44)의 로브(441)에 형성된다. 제1 오목부(45)의 프로파일은 다음 단계들에 의해 규정된다. 즉, 도4A에 도시된 것처럼, 서로 맞물리는 팽창 로터(43, 44)가 연소영역(91)으로 회전할 때, 팽창 로터(44)중 하나의 기본 원의 주위에 지점(Q)을 지정한다 (도4B 참조). 지점(Q)은 도4A에 도시된 바와 같이 연소영역(91)에 대응하며, 이 지점(Q)과 기본 원의 중심(O)을 연결하는 선분(QO)를 작도하고, 로브(441)의 오목부가 이웃하는 팽창 로터(43)의 로브(431) 선단에 부딪힐 때까지 팽창 로터(44)를 거꾸로 회전시키는데 이 때 지점(S)이 선단과 로브(441)의 오목부의 교차점으로 규정되고, 지점(P)이 이웃하는 팽창 로터(43)의 로브(431)의 돌출 곡선부와 로브(441)의 오목부의 교차점으로서 규정되고, 그리고 지점(S와 P)을 중심(O)에 각각 연결함으로써, 각(SOP)과 각(SOQ)이 형성되어 팽창 로터(43, 44)의 회전에 변화를 받게 된다. 도4C를 참조하면, 각(SOP)을 각(SOQ)보다 2배 크게 취하고, 각(SOP)의 각 이등분선이 지점(R)에서 팽창 로터(44)의 프로파일과 교차하게 하여 각 이등분선(OR)을 형성하고, 지점(R)과 지점(S)을 연결하여 곡선(SR)을 형성한다. 선분(SO)과 선분(RO)을 교차하 도록 중심(O) 주위로 호를 작도하여 호(C)를 형성함으로써 제1 오목부(45)가 곡선(SR)과 호(C)와 선분(SO) 및 선분(RO)의 영역 내에 형성된다.

도4A 및 도4E를 참조하면, 제1 배기슬롯(41)은 호(C)와 선분(QO와 SO) 및 연소영역(91)이 나타나도록 취해진 팽창 로터(44)의 프로파일의 세그멘트의 영역 내에 형성된다.

도5C를 참조하면, 제2 배기슬롯(42)은 압축 로터들(43, 44)이 잔류기체를 배출시키기 위하여 최종적으로는 서로 맞물리는 최종 밀봉영역(92)에 대하여 제2 밀봉챔버(40) 상에 배치된다.

도1과 도3H를 참조하면, 버퍼 조립체(5)는 압축 및 팽창 로터(3, 4) 사이에 배치되며 제2 흡기슬롯(32)과 제1 배기슬롯(41)에 대응하는 제1 버퍼챔버(501) 및 결합 구멍들(306, 307, 406, 407)에 각각 동축인 복수의 결합구멍(502)을 갖는 베이스(50)를 가진다.

공급 조립체(6)는 연료분사 수단(60)과 스파크 플러그(61)를 포함하는데, 이들은 모두 팽창 로터들(43, 44)이 최종적으로는 서로 맞물리는 최종밀봉영역(92)에 대하여 제4 케이싱(403) 상에 배치된다. 이에 따라 가솔린 엔진이 제조된다. (공급 조립체가 연료분사 수단(60)만을 포함하는 한, 안으로 직접 분사하는 디젤 엔진이 제조된다.) 그리고, 본 실시예에서 연료분사수단(60)과 스파크 플러그(61)는 팽창 로터들이 서로 맞물리는 밀봉영역에 대하여 반경방향 또는 축방향으로 팽창챔버에 배치된다.

도3A 내지 도3D를 참조하면, 본 발명은 동작시에, 압축 로터들(33, 34)이 회 전하기 시작함에 따라 음(negative)의 압력영역이 압축 챔버(304)에 생성되고, 공기가 흡기포트(305)로부터 흡인된다 (도3B에 도시). 압축 로터들(33, 34)의 형상에 기인하여, 압축 로터들(33, 34)이 초기에 회전하면서 밀봉영역(90)이 생성된다. 밀봉영역(9)은 그 안에 공기가 차있지 않다면 진공이 될 것이다. 진공 상태를 피하기 위하여, 공기가 제1 흡기슬롯(31)으로부터 밀봉영역(90)으로 들어갈 수 있다 (도3A에 도시). 압축 로터들(33, 34)의 회전 과정 동안, 채워진 공기는 2부분으로 이송되는데 이 2부분은 이송의 끝에서 함께 섞여서 압축된다 (도3C에 도시). 한편, 공기는 제2 흡기슬롯(32)을 통해 제1 버퍼챔버(501)로 배출될 것이다 (도3D에 도시). 특히, 제2 흡기슬롯(32)의 개방은 압축 로터(32)에 의해 판별된다, 즉 제2 흡기슬롯(32)은 압축 로터들(33, 34)의 회전에 기인하여 덮혀지기 때문에 닫혀진다. 차례로 제2 흡기슬롯이 개방되고, 공기가 제1 버퍼챔버(501)로 들어간다. 한편, 제2 흡기슬롯(32)이 너무 일찍 개방되어 제1 버퍼챔버(501)의 압축비가 압축된 공기의 압축비보다 높게 되고 공기가 압축챔버(304)로 되돌아 가는 것을 방지하도록, 제2 흡기슬롯(32)의 형상과 위치가 고려된다.

도3E 내지 도3G를 참조하면, 본 발명은 제조시에, 먼저, 압축된 공기와 제1 버퍼챔버(501)의 압축비가 같은 위치로 압축 로터들(33, 34)을 회전시키고 (도3E에 도시), 이어서 압축 로터들(33, 34)들이 계속 회전함에 따라 제2 흡기슬롯(32)이 개방되고, 공기가 버퍼챔버(501)에 강제로 들어가며 이에 따라 압축 로터(34)의 로브(341)의 프로파일 곡선부(342)는 제2 흡기슬롯(32)의 개방을 결정하는데 적절한 위치를 표시한다. 특히, 제2 흡기슬롯(32)은 회전 경로인 최대 곡선부(330)의 왼쪽 에 위치될 수 없는데, 그렇지 않으면 공기는 압축챔버(304)로 되돌아 올 것이다. 그리고, 제2 흡기슬롯(32)은 압축 로터들(34)의 기본 원(340)의 호 내에 위치될 수 없는데 (상기 호(340)는 압축 로터(34)의 최소 반경으로 작도됨) 그 이유는 제2 흡기슬롯(32)이 항상 덮혀 있어서 그 기능을 발휘하지 못할 것이기 때문이다. 따라서 제2 흡기슬롯(32)의 형상과 위치는 상술한 3개의 곡선, 즉 압축 로터들(30)의 기본 원(340)의 호, 이 호(340)에 접하는 프로파일 곡선부(342) 및 압축 로터(33)의 최대 곡선부(330)에 의해 형성될 수 있다.

도3H를 참조하면, 제1 버퍼챔버(501)는 제2 흡기슬롯(32) 및 제1 배기슬롯(41)과 연통하며 그리고 실제의 폭발에 의해 야기된 압력값보다 약간 큰 압력값으로 공기압력을 유지할 수 있다. 압축 로터들(33, 34)이 회전을 계속하면, 압축된 공기는 제1 버퍼챔버(501)로 배출되어 높은 압력값이 유지될 것이다. 한편, 제1 배기슬롯(41)이 개방되면, 제1 버퍼챔버(501)로부터의 압력에 의해 공기가 팽창챔버(404)로 급격하게 흘러들어가게 될 것이다.

따라서 공기가 팽창챔버(404)로 흐르면, 연료공급수단은 연료를 분사하여 압축된 공기와 혼합시키고 한편 스파크 플러그가 점화되어 폭발이 일어난다. 폭발 동안에 제1 배기슬롯(41)이 닫히지 않는 경우, 공기가 버퍼챔버(501)로 되돌아 흐를 것인데, 이러한 결과는 기대되지 않는다. 도4C 내지 도4F를 참조하면, 팽창 로터들(43, 44)이 도4D에 도시한 것처럼 회전하는 경우, 팽창 로터(43)의 로브(431)의 선단이 제1 오목부(45)에 부딪혀, 결과적으로 제1 오목부(45)의 개방이 로브(431)의 선단 주위에 형성된다. (도4B에 도시된 바와 같이) 회전하는 과정에서, 로 브(431)의 선단은 제1 오목부(45)의 가장자리 지점(S)에 위치되고, 팽창로터들(43, 44)은 지점(P)에서 교차하여, 폐영역(SRP)이 형성된다. 회전을 계속하면, 제1 오목부(45)가 제1 배기슬롯(41)과 겹치며, 압축된 공기는 버퍼챔버(501)로부터 연소영역(91)으로 흐른다. 폭발하기 전, 제1 오목부(45)는 제1 배기슬롯(41)을 가로질러 이동하고 (도4E에 도시), 동시에 연소영역(91)은 버퍼챔버(501)에서 떨어지고, 연료분사수단(60)은 연료를 분사하여 압축된 공기와 혼합하고, 스파크 플러그(61)가 연소영역(91)에서 혼합된 공기를 점화시켜서 폭발이 일어나게 한다. 연료의 기화 및 고압의 공기 스트림으로부터 생성된 소용돌이에 의해, 공기와 연료는 완전히 혼합될 수 있다. 폭발은 연소 가스가 팽창되도록 하고 팽창로터들(43, 44)이 강제로 회전되도록 한다.

도5A 내지 도5C를 참조하면, 잔류가스는 2부분으로 분할되어 하기의 배기포트(405)로 배출된다 (도5A와 도5B 참조). 팽창로터들(43, 44)의 형상에 기인하여, 최종 배출이 일어날 때 최종의 밀봉영역(92)이 생성되며, 폐기 가스가 제2 배기슬롯(42)으로부터 완전히 배출될 수 있다 (도5C 참조).

그리고, 서로 맞물리는 압축 및 팽창 로터들의 개수는 엔진의 출력을 상승시키고 출력 전달을 안정적으로 유지하기 위하여 3개로 증가될 수 있다. 따라서 트랜스미션 축의 개수도 3개이다. 도6은 엔진(1')에 적용된 본 발명의 제2 실시예를 나타내는데, 제1 실시예에서 사용된 것과 유사하다. 엔진(1')은 트랜스미션 축(2'), 압축 조립체(3'), 팽창 조립체(4'), 버퍼 조립체(5') 및 공급 조립체(6')를 포함한다. 제1 및 제2 실시예들과 현저하게 다른 점은 압축 및 팽창 로터들의 개수에 있 는데, 제2실시예에서는 그 개수가 증가되고, 이는 흡기포트, 제1 및 제2 흡기슬롯, 배기포트, 제1 및 제2 배기슬롯의 위치에 영향을 준다. 도7A 내지 도7D를 참조하면, 트랜스미션 조립체(2')는 제1, 제2 및 제3 기어(210', 211', 212')를 포함한다. 압축 조립체(3')는 제1, 제2 및 제3 압축 로터(33', 34', 35')를 포함하는데, 이들은 서로 맞물리고 화살표 방향으로 회전한다. 흡기포트(305')는 압축 로터들(33', 34')이 서로 맞물리는 곳 위에 위치된다. 흡기포트(305'')는 압축 로터들(34', 35')이 서로 맞물리는 곳 아래에 위치된다. 제1 흡기슬롯(31', 31")은 압축 로터들(33', 34' 및 34', 35')이 초기에 서로 맞물리는 초기 밀봉영역(90')에 각각 배치된다. 제2 흡기슬롯(32', 32")은 도7D에 도시된 것처럼 중간 압축 로터(34')에 대응하는 제2 케이싱(303')에 배치되고, 증가하는 제2 흡기슬롯(32")은 제2 흡기슬롯(32')을 복제하여 압축로터(34')의 중심 주위로 회전시킴으로써 형성된다. 제2 흡기슬롯(32', 32")의 프로파일은 제1 실시예와 관련하여 이전에 설명한 것과 동일한 방법으로 생성된다.

도8A 내지 도8C를 참조하면, 팽창 조립체는 서로 맞물리고 그리고 압축로터들(33', 34', 35')과 방향과 동일한 화살표 방향으로 회전하는 팽창 로터들(43', 44', 46')을 가진다. 그러나, 팽창 로터들(43', 44', 46')의 로브들은 압축 로터들(33', 34', 35')의 로브들과 반대방향으로 배치된다. 배기포트(405')는 팽창로터들(43', 44')이 서로 맞물리는 곳 아래에 위치된다. 배기포트(405")는 팽창로터들(44', 46')이 서로 맞물리는 곳 위에 위치된다. 제1 배기슬롯(41', 41")은 팽창로터(44')에 대응하는 제3 케이싱(402')에 배치되며, 증가하는 제1 배기슬롯(41") 은 제1 배기슬롯(41')을 복사하여 회전시킴으로써 형성된다. 제1 배기슬롯(41', 41")의 프로파일은 제1 실시예에서 설명한 것과 같은 방법으로 생성된다. 제2 배기슬롯(42', 42")은 팽창 로터들(43', 44' 및 44', 46')이 서로 최종적으로 맞물리는 최종 밀봉영역(92')에 각각 배치된다.

도10을 더 참조하면, 본 발명의 제3 실시예는 서로 결합된 다수 세트의 제1 실시예의 로타리 포지티브(positive) 변위 제어 시스템(1)을 포함하는데, 이 제어 시스템(1)의 각 세트는 출력을 개선하기 위하여 연료분사 조립체(6)를 가진다. 한편, 본 발명은 압축 및 팽창 로터들의 개수가 1:2의 비가 되도록 조정하고 그리고 안정적인 배출을 유지하기 위하여 압축 조립체 및 버퍼 조립체 한 세트를 더 추가함으로써 변경될 수 있다. 그리고, 압축 로터들(33, 34)과 팽창 로터들(43, 44)은 같은 로브 개수와 로터 두께를 가지거나 또는 같은 로터 두께를 가지지만 로브들의 개수를 달리할 수 있는데, 예를 들어 압축 및 팽창 로터들의 두께는 같지만, 로브들의 개수는 3, 4, 5 등이 될 수 있다. 이와 달리, 로터들의 두께는 다를 수 있지만 로터의 개수는 같거나 또는 로브 개수와 로터 두께 모두 서로 다를 수 있고 압축 및 팽창 로터들(33, 34 및 43, 44) 사이에서 로브들의 개수는 1:2 의 비로 구성되고, 예컨대 압축 로터와 팽창 로터는 같은 두께를 가지지만, 압축 로터는 3개의 로브들을 가지는 반면에 팽창 로터는 6개의 로브를 가지고, 또는 로브들의 개수와 로터의 두께가 서로 다르다.

본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도11A 내지 도11B를 더 참조하면, 본 발명의 제4 실시예와 상술한 제1 내지 제3 실시예 사이의 차이점은 도11A에 도시되어 있는 것처럼, 제2 흡기슬롯(32; 도1에 도시))에 대한 베이스(50")가 제2 버퍼챔버(511")를 더 포함한다는 것이다. 제2 및 제1 버퍼챔버(511", 501")는 각각 2개의 연통하는 개구(508", 509" 및 518", 519")를 가지는데, 2개의 연통 개구 쌍의 기능은 제2 흡기슬롯(32)(도1에 도시)의 기능과 같다. 도11B에 도시한 바와 같이 제2 케이싱(303")은 제1 버퍼챔버(501")와 연통하는 제2 흡기슬롯(32")을 가지며, 제1 연장 구멍(321")은 제2 버퍼챔버(511")와 연통한다. 도11C에 도시한 바와 같이 제3 케이싱(402")은 제1 버퍼챔버(501")와 연통하는 제1 배기슬롯(41")을 가지며, 제2 연장 구멍(411")은 제2 버퍼챔버(511")와 연통한다.

도12를 참조하면, 압축 로터(34")의 각 로브는 그 위에 제2 오목부(45")를 형성하고, 제2 오목부(45")는 제1 오목부(45)와 같은 방식으로 형성된다. 배기 안내채널(38")은 제2 오목부(45")의 압축 로터(34")와 맞물리는 인접 압축 로터(33")에 형성되며, 이 배기 안내채널(38")은 제1 개구(381") 및 이 제1 개구(381")와 연통하는 제2 개구(382")를 포함하고, 제1 개구(381")는 압축 로터(33")의 로브들의 바깥쪽 가장자리에 형성되고 제2 개구(382")는 압축 로터(33")의 기본 원(도3의 340으로 도시)의 안쪽 영역에 형성된다. 비슷하게, 도13에 도시한 바와 같이, 흡기 안내채널(49")은 제1 오목부(45)의 팽창 로터(44")와 맞물리는 인접 팽창로터(43")에 형성되며, 흡기 안내채널(49")은 제1 개구(491") 및 이 제1 개구(491")와 연통하는 제2 개구(492")를 포함하고, 제1 개구(491")는 팽창 로터(43")의 로브들의 바깥쪽 가장자리에 형성되고, 제2 개구(492")는 팽창 로터(43")의 기본 원(도4A 참조)의 안쪽 영역에 형성된다.

도14A 내지 도14F를 참조하면, 공기를 압축하고 배기하는 과정을 수행하기 위하여, 먼저, 압력이 제1 및 제2 버퍼챔버(501", 511")와 연통하기에 적합한 위치로 2개의 서로 맞물리는 압축 로터(33", 34")를 조정하여 공기를 압축할 수 있게 한다 (도14A에 도시). 압축 로터들(33", 34")이 회전하면, 공기가 배기 안내채널(38")의 제2 개구(382")로부터 제1 연장 구멍(321")으로 흐르고 이어서 배기된다 (도14B와 도14C에 도시). 한편, 공기는 압축 로터(34")의 제2 오목부(45")로부터 제2 흡기슬롯(32")을 통해 흘러서 배기된다. 공기 압축이 완료되면, 제2 흡기슬롯(32")은 압축로터(34")에 의해 가려지고, 제1 연장구멍(321")은 압축로터(33")에 의해 가려진다. 달리 말하면, 공기는 압축 로터들(33", 34")이 회전하는 동안에 배기안내채널(38")과 제2 오목부(45")로부터 배기된다. 도14D 내지 도14F에 도시된 바와 같이 공기가 압축되고 배기될 때, 팽창 로터들(33", 34")이 동시에 구동되고, 팽창로터(43")의 흡기안내채널(49")의 제1 개구(491")로부터 공기가 제2 연장구멍(411")을 통해 흐르며, 팽창로터(44")의 제1 오목부(45)로부터 공기가 제1 배기슬롯(41")을 통해 그리고 연소영역(91")으로 흐른다 (도14E에 도시). 공기 배출이 완료되면, 제1 배기슬롯(41")이 팽창로터(44")에 의해 가려지고, 제2 연장구멍(411")이 팽창로터(43")에 의해 가려지며 (도14F에 도시), 이에 의해 공기는 폭발을 위해 점화되도록 연소영역(91")으로부터 떨어진다.

따라서, 제2 버퍼챔버(511"), 제2 오목부(45"), 제1 및 제2 연장구멍(321", 411"), 배기안내채널(38") 및 흡기안내채널(49")을 추가한 후, 압축로터들(33", 34")과 팽창로터들(43", 44")의 부하가 상당히 감소되며 그래서 성능이 향상되어 상기 제1, 제2, 제3 실시예보다 더 나은 효율과 성능을 제공할 수 있다는 점이 제4 실시예의 설명으로부터 명료해진다.

도15 내지 도17A와 도17B를 더 참조하면, 상술한 실시예들에서의 압축로터들(33, 34)과 팽창로터들(43, 44)은 0°와 30°, 0°와 48°, 0°와 60°와 같이 다른 위상각으로 배치될 수 있는데, 다시 말하여 압축로터들과 팽창로터들은 실제 용도에 따라 다른 위상각으로 배치될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명에 있어서 버퍼 조립체의 베이스, 압축 조립체의 제1 챔버, 및 팽창 조립체의 제2 챔버는 한 개로 구성되거나 또는 부분적으로 한 개로 구성될 수 있고, 또는 본 발명을 진공펌프, 내연 기계(internal combution machine), 압축기 등에 사용할 수 있다. 따라서, 본 예제와 실시예들은 모든 점에서 설명을 위한 것으로 그리고 비한정적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 여기에 설명된 것에 제한되어서는 아니 된다.

도1과 도2는 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 전개사시도와 조립사시도이다.

도3A 내지 도3H는 본 발명 제1 실시예의 압축 조립체의 동작 과정을 나타내는 개략도이다.

도4A 내지 4F는 본 발명 제1 실시예의 버퍼 조립체의 동작과정을 나타내는 개략도이다.

도5A 내지 도5C는 본 발명 제1 실시예의 팽창 조립체의 동작과정을 나타내는 개략도이다.

도6은 본 발명 제2 실시예의 전개사시도이다.

도7A 내지 도7D는 제2 실시예의 압축조립체의 동작과정을 나타내는 개략도이다.

도8A 내지 도8C는 제2 실시예의 버퍼 조립체의 동작과정을 나타내는 개략도이다.

도9A 내지 도9C는 제2 실시예의 팽창 조립체의 동작과정을 나타내는 개략도이다.

도10은 본 발명 제3 실시예의 전개사시도이다.

도11A 내지 도11C는 버퍼 조립체의 베이스, 제2 케이싱 및 제3 케이싱을 주로 나타내는 본 발명 제4 실시예의 평면도이다.

도12는 서로 맞물리는 압축로터들을 나타내는 본 발명 제4 실시예의 평면도 이다.

도13은 서로 맞물리는 팽창로터들을 나타내는 본 발명 제4 실시예의 평면도이다.

도14A 내지 도14F는 배기, 흡기 및 점화의 과정을 나타내는 본 발명 제4 실시예의 개략도이다.

도15 내지 도17A와 도17B는 다른 위상각으로 배치된 압축로터들과 팽창로터들의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

Claims

트랜스미션 조립체, 압축 조립체, 버퍼 조립체 및 팽창 조립체를 구비하는 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치로서,

상기 트랜스미션 조립체는 축을 따라 배치되는 베이스, 이 베이스에 피벗회전 가능하게 장착되고 서로 맞물리는 복수의 트랜스미션 부재, 및 이 트랜스미션 부재들을 지탱하는 복수의 트랜스미션 축을 포함하고;

상기 압축 조립체는 그 안에서 압축챔버를 형성하며 그리고 공기를 들여보내기 위하여 상기 압축챔버와 연통하는 흡기포트를 가지는 제1 밀봉챔버와, 트랜스미션 축에 피벗회전 가능하게 장착되고 상기 압축 챔버에 수용된 다수의 압축 로터들과, 그리고 상기 제1 챔버의 양쪽에 각각 배치된 제1 흡기슬롯과 제2 흡기슬롯을 포함하고, 상기 압축로터들은 서로 맞물리고, 각 압축로터는 적어도 하나의 로브를 가지며, 제1 흡기슬롯은 압축로터들이 초기에 서로 맞물리는 초기 밀봉영역에 대응하며;

상기 버퍼 조립체는 압축 조립체와 팽창 조립체 사이에 배치되고 베이스 및 제2 흡기슬롯에 대응하는 제1 버퍼챔버를 가지며;

상기 팽창 조립체는 그 안에서 팽창챔버를 형성하고 그리고 공기를 배출하기 위하여 팽창챔버와 연통하는 배기포트를 가지는 제2 밀봉챔버와, 그 위에 배치되어 상기 버퍼챔버에 대응하는 제1 배기슬롯과, 트랜스미션 축에 피벗회전 가능하게 장착되고 팽창챔버에 수용되는 다수의 팽창로터들과, 제2 밀봉챔버에 배치되고 압축 로터들이 최종적으로는 서로 맞물리는 최종 밀봉영역에 대응하는 제2 배기슬롯을 포함하고, 상기 팽창로터들은 서로 맞물리며, 각 팽창로터는 압축로터들의 로브에 대하여 반대방향에 배치되고 제1 배기슬롯에 대응하는 제1 오목부를 가지는 적어도 하나의 로브를 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 트랜스미션 부재는 적어도 제1 기어, 제2 기어 및 이 기어들을 지탱하는 트랜스미션 축을 구비하고, 각 기어는 서로 맞물리는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 제2 흡기슬롯의 프로파일은, 압축 로터들중 하나의 기본 원(base circle)의 호(이 호는 압축 로터의 최소 반경으로 작도된 것임)와, 상기 기본 원의 호에 접하는 압축 로터의 로브의 프로파일 곡선부, 및 그 최대 반경으로 작도되고 상기 기본 원의 호에 접하는 이웃하는 압축 로터의 최대 곡선부로 이루어지는 3개의 곡선 내에서 형성되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제3항에 있어서, 제1 밀봉부재는 압축챔버와 그 위의 흡기포트를 가지는 제1 하우징, 및 반대쪽에서 각각 상기 제1 하우징을 밀봉하는 제1 케이싱과 제2 케이싱을 구비하고, 제1 케이싱과 제2 케이싱은 트랜스미션 축들에 대응하는 결합 구멍을 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 상기 압축 및 팽창 로터들은 형상이 동일하며 동일한 로브 개수와 로터 두께를 가지거나 또는 동일한 로터 두께를 가지지만 로브들의 개수가 다르고, 예컨대 압축 및 팽창 로터들의 두께는 같고 로브들의 개수는 3, 4 또는 5 등일 수 있고, 이와 달리 로터들의 두께는 다를 수 있지만 로브들의 개수는 같거나 또는 로브들의 개수와 로터 두께 모두 서로 다르고 로브들의 개수는 압축 및 팽창 로터들 사이에서 1:2의 비율로 구성되며, 예를 들어 압축 로터와 팽창 로터는 두께가 같지만 압축로터는 3개의 로브를 가지는 반면에 팽창로터는 6개의 로브를 가지거나 또는 로브들의 개수와 로터 두께 모두가 서로 다른, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제5항에 있어서, 압축 및 팽창 로터들의 로브들의 개수는 1:2의 비율을 가지고, 압축 조립체와 버퍼 조립체의 추가 한 세트가 배기를 유지하기 위해 요구되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제4항에 있어서, 제2 밀봉부재는 팽창챔버와 그 위의 배기포트를 가지는 제2 하우징, 및 제2 하우징의 양쪽에 밀봉 조립된 제3 케이싱과 제4 케이싱을 구비하고, 제3 케이싱과 제4 케이싱은 트랜스미션 축들에 대응하는 결합 구멍을 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제7항에 있어서, 팽창 로터의 로브의 제1 오목부는 다음의 단계들:

서로 맞물리는 팽창 로터가 연소영역으로 회전할 때, 팽창 로터들중 하나의 기본 원의 주위에 지점(Q)을 지정하고, 이 지점(Q)은 연소영역(91)에 대응하며, 이 지점(Q)과 기본 원의 중심(O)을 연결하는 선분(QO)를 작도하고;

로브의 오목부가 이웃하는 팽창 로터의 로브(431) 선단에 부딪힐 때까지 팽창 로터를 거꾸로 회전시키는데 이 때 지점(S)이 선단과 로브의 오목부의 교차점으로 규정되고, 지점(P)이 이웃하는 팽창 로터의 로브의 돌출 곡선부와 로브의 오목부의 교차점으로서 규정되고, 그리고 지점(S와 P)을 중심(O)에 각각 연결하고, 이에 의해 각(SOP)과 각(SOQ)이 형성되어 압축 로터의 회전에 변화를 받게 되고;

각(SOP)을 각(SOQ)보다 2배 크게 취하고, 각(SOP)의 각 이등분선이 지점(R)에서 팽창 로터의 프로파일과 교차하게 하여 각 이등분선(OR)을 형성하고;

지점(R)과 지점(S)을 연결하여 곡선(SR)을 형성하고;

선분(SO)과 선분(RO)이 교차하도록 중심(O) 주위로 호를 작도하여 호(C)를 형성하고;

이에 의해 제1 오목부가 곡선(SR)과 호(C)와 선분(SO) 및 선분(RO)의 영역 내에 형성되는, 단계들에 의해 형성되는 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제8항에 있어서, 제1 배기슬롯의 프로파일은 상기 호(C), 선분(QO)과 선분(SO) 및 연소영역이 보일 때 취해진 팽창로터의 프로파일의 세그멘트의 영역 내에 형성되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 제2 흡기슬롯의 프로파일은, 압축 로터들중 하나의 기본 원의 호(이 호는 압축 로터의 최소 반경으로 작도된 것임)와, 상기 기본 원의 호에 접하는 압축 로터의 로브의 프로파일 곡선부, 및 그 최대 반경으로 작도되고 상기 기본 원의 호에 접하는 이웃하는 압축 로터의 최대 곡선부로 이루어지는 3개의 곡선 내에서 형성되고,

여기에서 압축로터의 개수가 2개 이상일 때 추가 제2 흡기슬롯이 추가되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 압축로터의 개수가 2개 이상일 때 중심(O) 주위를 회전시킴으로써 제2 배기슬롯을 복사하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 연료분사수단과 스파크 플러그를 포함하는 공급 조립체를 더 구비하고, 상기 연료분사수단과 스파크 플러그 모두는 팽창로터들이 서로 맞물리는 밀봉영역에 대하여 반경방향 또는 축방향으로 팽창챔버 내에 배치되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 팽창로터들이 서로 맞물리는 밀봉영역에 대하여 팽창챔버 내에 배치되는 연료분사수단을 더 구비하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 트랜스미션 조립체에 피벗회전 가능하게 장착된 모터를 적어도 포함하는 출력 전달 조립체를 더 구비하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제2항에 있어서, 트랜스미션 조립체는 길이방향으로 직렬로 다수의 제어 시스템들과 결합되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제15항에 있어서, 각 제어 시스템은 연료분사수단과 스파크 플러그를 포함하고, 상기 연료분사수단과 스파크 플러그 모두는 팽창로터들이 서로 맞물리는 밀봉영역에 대하여 반경방향 또는 축방향으로 팽창챔버 내에 배치되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제15항에 있어서, 각 제어 시스템은 팽창로터들이 서로 맞물리는 밀봉영역에 대하여 반경방향 또는 축 방향으로 팽창챔버에 배치되는 연료분사수단을 포함하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항 또는 제9항에 있어서, 제2 흡기슬롯에 대응하는 압축로터에 형성된 제2 오목부를 더 구비하고, 상기 제2 오목부는 팽창로터의 로브의 제1 오목부와 같은 방법으로 형성되고, 배기안내채널이 상기 제2 오목부의 압축로터와 맞물리는 인접 압축로터에 형성되고, 상기 배기안내채널은 제1 개구 및 이 제1 개구와 연통하는 제2 개구를 포함하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제18항에 있어서, 흡기안내채널이 상기 오목부의 팽창로터와 맞물리는 인접 팽창로터에 형성되고, 상기 흡기안내채널은 제1 개구 및 이 제1 개구와 연통하는 제2 개구를 포함하는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제19항에 있어서, 베이스는 제2 흡기슬롯에 대응하는 제2 버퍼챔버를 더 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제20항에 있어서, 제1 및 제2 버퍼챔버 각각은 2개의 연통하는 개구들을 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제21항에 있어서, 배기안내채널의 제1 개구는 압축로터의 로브들의 바깥쪽 가장자리에 형성되고, 제2 개구는 압축로터의 기본 원의 안쪽 영역에 형성되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제22항에 있어서, 흡기안내채널의 제1 개구는 팽창로터의 로브들의 바깥쪽 가장자리에 형성되고, 제2 개구는 팽창로터의 기본 원의 안쪽 영역에 형성되는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제23항에 있어서, 제2 케이싱은 제2 버퍼챔버와 연통하는 제1 연장 구멍을 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제24항에 있어서, 제3 케이싱은 제2 버퍼챔버와 연통하는 제2 연장 구멍을 가지는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제1항에 있어서, 압축로터와 팽창로터는 다른 위상각으로 배치될 수 있는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.
제18항에 있어서, 압축로터와 팽창로터는 다른 위상각으로 배치될 수 있는, 로타리 포지티브 변위 제어 시스템 및 장치.